Parámetros termodinámicos del aire húmedo. Características principales del proceso de refrigeración por aire de aire húmedo

condición aire húmedo se determina mediante un conjunto de parámetros: temperatura del aire t en, humedad relativa en%, velocidad del aire V en m / s, concentración de impurezas nocivas C mg / m 3, contenido de humedad d g / kg, contenido de calor I kJ / kg.

La humedad relativa en fracciones o en% muestra el grado de saturación del aire con vapor de agua en relación con el estado de saturación completa y es igual a la relación entre la presión P p del vapor de agua en el aire húmedo insaturado y la presión parcial P p. N. vapor de agua en aire húmedo saturado a la misma temperatura y presión barométrica:

d \u003d od \u003d 623, g / kg, (1.2)

donde B es la presión atmosférica barométrica, igual a la suma de las presiones parciales del aire seco Р С.В. y vapor de agua R P.

La presión parcial del vapor de agua saturado depende de la temperatura:

KJ / kg, (1,4)

donde con B - capacidad calorífica del aire seco, igual a 1,005;

c P - capacidad calorífica del vapor de agua, igual a 1,8;

r - calor específico de vaporización, igual a 2500;

I \u003d 1,005t + (2500 + 1,8t) d * 10-3, kJ / kg. (1,5)

Diagrama I-d de aire húmedo. Construcción de los principales procesos de cambio del estado del aire. Termómetro de punto de rocío y bulbo húmedo. La pendiente y su relación con el flujo de calor y humedad hacia la habitación.

El diagrama I-d de aire húmedo es la principal herramienta para la construcción de procesos de cambio de sus parámetros. El diagrama I-d se basa en varias ecuaciones: el contenido de calor del aire húmedo:

Yo \u003d 1,005 * t + (2500 + 1,8 * t) * d / 1000, kJ / kg (1,6)

a su vez, la presión del vapor de agua:

presión de vapor de agua que satura el aire:

Pa (fórmula de Filnei), (1.9)

a - humedad relativa,%.

A su vez, la fórmula 1.7 incluye una barra de presión barométrica P, la cual es diferente para diferentes áreas de construcción, por lo tanto, se requiere un diagrama I-d para cada área para trazar con precisión los procesos.

El diagrama I-d (Fig. 1.1) tiene un sistema de coordenadas oblicuo para aumentar el área de trabajo atribuible al aire húmedo y por encima de la línea \u003d 100%. El ángulo de apertura puede ser diferente (135 - 150є).

El gráfico I-d vincula los 5 parámetros del aire húmedo: contenido de calor y humedad, temperatura, humedad relativa y presión de vapor de agua de saturación. Conociendo dos de ellos, puede determinar todos los demás por la posición del punto.

Los principales procesos característicos del diagrama I-d son:

Calentamiento del aire según d \u003d constante (sin aumentar el contenido de humedad) Figura 1.1, puntos 1-2. En condiciones reales, este es el calentamiento del aire en un calentador. Aumenta la temperatura y el contenido de calor. La humedad relativa del aire disminuye.

Refrigeración por aire según d \u003d const. Puntos 1-3 en la Figura 1.1 Este proceso tiene lugar en un enfriador de aire de superficie. La temperatura y el contenido de calor disminuyen. La humedad relativa del aire aumenta. Si continúa enfriando, el proceso alcanzará la línea \u003d 100% (punto 4) y, sin cruzar la línea, la recorrerá, liberando humedad del aire (punto 5) en la cantidad de (d 4 -d 5) g / kg. El secado al aire se basa en este fenómeno. En condiciones reales, el proceso no llega a \u003d 100%, y la humedad relativa final depende del valor inicial. Según el profesor Kokorin O. Ya. para enfriadores de aire de superficie:

max \u003d 88% al inicio inicial \u003d 45%

max \u003d 92% con un 45% inicial< нач 70%

max \u003d 98% con arranque inicial\u003e 70%.

En el diagrama I-d, el proceso de enfriamiento y secado se indica mediante una línea recta que conecta los puntos 1 y 5.

Sin embargo, reunirse con \u003d 100% de la línea de enfriamiento en d \u003d const tiene su propio nombre: es el punto de rocío. La posición de este punto puede determinar fácilmente la temperatura del punto de rocío.

Proceso isotérmico t \u003d constante (línea 1-6 en la Figura 1.1). Todos los parámetros están aumentando. También aumentan el calor, el contenido de humedad y la humedad relativa. En condiciones reales, esta es la humidificación del aire con vapor. La pequeña cantidad de calor sensible que introduce el vapor no suele tenerse en cuenta en el diseño del proceso, ya que es insignificante. Sin embargo, dicha humidificación consume mucha energía.

Proceso adiabático I \u003d constante (línea 1-7 en la figura 1.1). La temperatura del aire disminuye, el contenido de humedad y la humedad relativa aumentan. El proceso se realiza en contacto directo del aire con el agua, pasando por la boquilla irrigada o por la cámara de la boquilla.

A una profundidad de la boquilla irrigada de 100 mm, es posible obtener aire con una humedad relativa del 45%, con una humedad inicial del 10%, una boquilla con una profundidad de 200 mm da \u003d 70%, y 300 mm - \u003d 90% (según los datos de las cámaras de bloque de humidificación de celda VEZA). Al pasar a través de la cámara de boquillas, el aire se humidifica a un valor de \u003d 90 - 95%, pero con un consumo de energía significativamente mayor para rociar agua que en boquillas irrigadas.

Continuando con la línea I \u003d constante hasta \u003d 100%, obtenemos el punto (y la temperatura) del termómetro húmedo, este es el punto de equilibrio cuando el aire entra en contacto con el agua.

Sin embargo, en los dispositivos donde hay contacto entre el aire y el agua, especialmente en el ciclo adiabático, puede surgir una flora patógena y, por lo tanto, dichos dispositivos están prohibidos para su uso en varias industrias médicas y alimentarias.

En países con climas cálidos y secos, los dispositivos basados \u200b\u200ben humidificación adiabática son muy comunes. Por ejemplo, en Bagdad, a una temperatura diurna de 46 ° C entre junio y julio y una humedad relativa del 10%, un enfriador de este tipo puede reducir la temperatura del aire de suministro a 23 ° C y, con 10-20 veces de intercambio de aire en la habitación, alcanzar una temperatura interna de 26 ° C y una humedad relativa del 60-70%.

Con la metodología existente para construir procesos en el diagrama I-d de aire húmedo, los nombres de los puntos de referencia recibieron la siguiente abreviatura:

H - punto del aire exterior;

B - punto de aire interno;

K - punto después de calentar el aire en el calentador;

P - punto de suministro de aire;

Y - punto de aire extraído de la habitación;

О - punto de aire enfriado;

C es el punto de una mezcla de aire de dos parámetros y masas diferentes;

TP - punto de rocío;

TM es el punto del termómetro húmedo, que acompañará a todas las construcciones posteriores.

Al mezclar aire de dos parámetros, la línea de mezcla irá a lo largo de una línea recta que conecta estos parámetros, y el punto de la mezcla estará a una distancia inversamente proporcional a las masas del aire mezclado.

KJ / kg, (1,10)

G / kg. (1,11)

Con la liberación simultánea de exceso de calor y humedad en la habitación, lo que generalmente ocurre cuando hay personas en la habitación, el aire se calentará y humidificará a lo largo de una línea llamada pendiente (o haz de proceso, o relación calor-humedad) e:

KJ / kgN 2 O, (1,12)

donde? Q n - cantidad total de calor total, kJ / h;

W es la cantidad total de humedad, kg / h.

¿Cuándo? Q n \u003d 0 e \u003d 0.

¿Cuándo? W \u003d 0 e\u003e? (Figura 1.2)

Así, el diagrama I-d en relación al aire interno (o hacia otro punto) se divide en cuatro cuadrantes:

Es decir, de? a 0 es calentamiento y humidificación;

IIе de 0 a -? - enfriamiento y humidificación;

IIIе de -? a 0 - enfriamiento y secado;

IVе de 0 a? - calefacción y secado - no se utiliza en ventilación y aire acondicionado.

Para trazar con precisión el haz de proceso en el diagrama Id, tome el valor de e en kJ / gH 2 O, y trace el contenido de humedad d \u003d 1, o 10 g en el eje, y en el eje el contenido de calor en kJ / kg correspondiente a e y conecte el punto resultante con el punto 0 ID de gráfico.

Los procesos que no son básicos se denominan politrópicos.

El proceso isotérmico t \u003d const se caracteriza por el valor e \u003d 2530 kJ / kg.

Figura 1.1

Figura 1.2 Diagrama I-d de aire húmedo. Procesos principales

Humedad absoluta ρ p, kg / m, es la masa de vapor de agua contenida en 1 m 3 de aire húmedo, es decir, la humedad absoluta del aire es numéricamente igual a la densidad del vapor a una presión parcial dada P p y la temperatura de la mezcla t.

El contenido de humedad es la relación entre la masa de vapor y la masa de aire seco contenida en el mismo volumen de gas húmedo. Debido a los pequeños valores de la masa de vapor en aire húmedo, el contenido de humedad se expresa en gramos por 1 kg de aire seco y se denota con d. La humedad relativa φ es el grado de saturación del gas con vapor y se expresa por la relación de humedad absoluta ρ n al máximo posible a las mismas presiones y temperaturas ρ norte.

Con referencia a un volumen arbitrario de aire húmedo V, que contiene D p kg, vapor de agua y L kg, aire seco a presión barométrica P b y temperatura absoluta T, podemos escribir:

(5.2)

(5.3)

(5.4)

Si el aire húmedo se considera una mezcla de gases ideales para los que es válida la ley de Dalton, P b \u003d R в + Р п, y la ecuación de Clapeyron, PV \u003d G ∙ R ∙ T, luego para aire insaturado:

(5.5)

para aire saturado:

(5.6)

donde D p, D n - masa de vapor en estados de aire saturado e insaturado;
R p - constante de gas de vapor.

De donde sigue:

(5.7)

De las ecuaciones de estado escritas para aire y vapor, se obtiene:

(5.9)

La relación de las constantes de gas de aire y vapor es 0.622, luego:

Dado que en los procesos de intercambio de calor con participación de aire húmedo, la masa de su parte seca permanece inalterada, es conveniente utilizar la entalpía del aire húmedo H, referida a la masa de aire seco, en cálculos de ingeniería térmica:

donde С в - calor específico promedio del aire seco en el rango de temperatura 0 ÷ 100 о С, (С в \u003d 1.005 kJ / kg ∙ К); C p - el calor específico promedio del vapor de agua (C p \u003d 1.807 kJ / kg ∙ K).

En el diagrama H-d (figura 5.3) se muestra una imagen del cambio en el estado del gas húmedo en plantas industriales.

El diagrama H-d es una representación gráfica a la presión barométrica seleccionada de los principales parámetros del aire (H, d, t, φ, P p). Para la conveniencia del uso práctico del diagrama H-d, se usa un sistema de coordenadas oblicuas, en el que las líneas H \u003d const están ubicadas en un ángulo de b \u003d 135 o con la vertical.

Figura 5.3 - Trazado de líneas t \u003d constante, P p y φ \u003d 100% en el diagrama H-d

El punto a corresponde a H \u003d 0. Desde el punto a, se establece un valor positivo de entalpía en la escala aceptada, hacia abajo, un valor negativo correspondiente a valores negativos de temperaturas. Para trazar la línea t \u003d constante, use la ecuación H \u003d 1.0t + 0.001d (2493 + 1.97t). El ángulo α entre la isoterma t \u003d 0 y la isenthalp H \u003d 0 se determina a partir de la ecuación:

Por lo tanto, α≈45 °, y la isoterma t \u003d 0 о С es una línea horizontal.

Para t\u003e 0, cada isoterma se traza en dos puntos (isoterma t 1 en los puntos segundo y en). Con el aumento de temperatura, el componente de entalpía aumenta, lo que conduce a una violación del paralelismo de las isotermas.

Para trazar la línea φ \u003d constante, se aplica una línea de presiones de vapor parciales en una cierta escala, dependiendo del contenido de humedad. P p depende de la presión barométrica, por lo tanto, el diagrama se construye para P b \u003d const.

La línea de presión parcial se construye de acuerdo con la ecuación:

(5.11)

Dados los valores de d 1, d 2, y determinando P p1 P p2, se encuentran los puntos g, d ..., conectando los cuales, se obtiene una línea de presión parcial de vapor de agua.

La construcción de las líneas φ \u003d constante comienza con la línea φ \u003d 1 (P p \u003d P s). Usando tablas termodinámicas de vapor de agua, para varias temperaturas arbitrarias t 1, t 2 ... los valores correspondientes de P s 1, P s 2 ... Los puntos de intersección de las isotermas t 1, t 2 ... con las rectas d \u003d const correspondientes a P s 1, P s 2 ..., determine la línea de saturación φ \u003d 1. El área del diagrama que se encuentra sobre la curva φ \u003d 1 caracteriza el aire insaturado; el área del diagrama a continuación φ \u003d 1 caracteriza el aire en un estado saturado. Las isotermas en la región debajo de la línea φ \u003d 1 (en la región de niebla), experimentan una ruptura y tienen una dirección que coincide con H \u003d const.

Suponiendo una humedad relativa diferente y calculando al mismo tiempo P p \u003d φP s, las líneas φ \u003d const se construyen de la misma manera que la construcción de la línea φ \u003d 1.

En t \u003d 99,4 о С, que corresponde al punto de ebullición del agua en presión atmosférica, las curvas φ \u003d const sufren un doblez, ya que en t≥99.4 ° C P p max \u003d P b. Si , entonces las isotermas se desvían a la izquierda de la vertical, y si , las líneas φ \u003d const serán verticales.

Cuando el aire húmedo se calienta en un TA recuperativo, su temperatura y entalpía aumentan y la humedad relativa disminuye. La relación de las masas de humedad y aire seco permanece sin cambios (d \u003d constante) - proceso 1-2 (Figura 5.4 a).

En el proceso de enfriamiento por aire en el HA recuperativo, la temperatura y la entalpía disminuyen, la humedad relativa aumenta y el contenido de humedad d permanece sin cambios (proceso 1-3). Con un enfriamiento adicional, el aire alcanza la saturación total, φ \u003d 1, punto 4. La temperatura t 4 se llama temperatura del punto de rocío. Cuando la temperatura desciende de t 4 a t 5, el vapor de agua se condensa (parcialmente), se forma niebla y el contenido de humedad disminuye. En este caso, el estado del aire corresponderá a la saturación a una temperatura dada, es decir, el proceso procederá a lo largo de la línea φ \u003d 1. La humedad de la gota d 1 - d 5 se elimina del aire.

Figura 5.4 - Los principales procesos de cambio del estado del aire en Gráfico H-d

Al mezclar aire de dos estados, la entalpía de la mezcla es H cm:

Proporción de mezcla k \u003d L 2 / L 1

y la entalpía
(5.13)

En el diagrama H-d, el punto de la mezcla se encuentra en la línea recta que conecta los puntos 1 y 2 como k → ~ H cm \u003d H 2, como k → 0, H cm → H 1. Es posible un caso en el que el estado de la mezcla estará en la región del estado sobresaturado del aire. En este caso, se forma niebla. El punto de la mezcla se lleva a lo largo de la línea H \u003d constante hasta la línea φ \u003d 100%, parte de la gota de humedad ∆d cae (Fig. 5.4 b).

Rodeándonos aire atmosférico es una mezcla de gases. Casi siempre está mojado. El vapor de agua, a diferencia de otros componentes de la mezcla, puede estar en el aire, tanto en estado sobrecalentado como saturado. El contenido de vapor de agua en el aire cambia, tanto en el proceso de tratamiento húmedo en los sistemas de ventilación de suministro y acondicionadores de aire, como en la asimilación de la humedad de la habitación por el aire. La parte seca del aire húmedo generalmente contiene (por volumen): aproximadamente 75% de nitrógeno, 21% de oxígeno, 0.03% de dióxido de carbono y una pequeña cantidad de gases inertes (argón, neón, helio, xenón, criptón), hidrógeno, ozono y otros. Los componentes especificados de la mezcla de gas de aire constituyen su parte seca, la otra parte masa de aire es vapor de agua.

El aire se ve como mezcla de gases ideales, que le permite utilizar las leyes de la termodinámica para obtener fórmulas de diseño.

Según la ley de Dalton, cada gas de la mezcla, que forma el aire, ocupa su propio volumen, tiene su propia presión parcial

Pi ,

y tiene la misma temperatura con otros gases en esta mezcla.

¡Atención! Una definición importante:

La suma de las presiones parciales de cada uno de los componentes de la mezcla es igual a la presión barométrica total del aire.

B \u003d Σ P i, Pa.

Considere el concepto de lo que es presión parcial ?

Presión parcial - esta es la presión que tendría el gas en la composición de esta mezcla si estuviera en la misma cantidad, en el mismo volumen y a la misma temperatura que en la mezcla.

Al calcular la ventilación, consideramos el aire húmedo como una mezcla binaria, es decir una mezcla de dos gases, que consiste en vapor de agua y una parte seca de aire. Convencionalmente, tomamos la parte seca del aire como un gas homogéneo.

De este modo, presión barométrica igual a la suma de las presiones parciales del aire seco P r.v. y vapor de agua P n , es decir,

B \u003d P r.v. + P n

En condiciones normales de interior cuando la presión del vapor de agua R p aproximadamente igual a 15 mm. rt. Art., Participación del segundo miembro P r.v. en la fórmula de presión barométrica, teniendo en cuenta la diferencia en la densidad del aire húmedo y seco, siendo iguales las demás condiciones, es solo el 0,75% del valor de la densidad del aire seco ρ r.v. ... Por lo tanto, en nuestros cálculos de ingeniería, se supone que

ρ aire. \u003d ρ r.v.

ρ aire. \u003d ρ r.v.

Cuando la humedad del aire cambia en los procesos de ventilación, la masa de su parte seca permanece sin cambios. En base a esto, se acostumbra referir la masa de vapor de agua contenida en el aire a 1 kilogramo. parte seca del aire.

Vayamos directamente a esas cantidades físicas que determinan los parámetros del aire húmedo. Es la combinación de estos parámetros la que determina el estado del aire húmedo:

es una cantidad que caracteriza grado de calor corporal... Es una medida de la energía cinética promedio del movimiento de traslación de las moléculas. Actualmente se utiliza la escala de temperatura Celsius y la escala de temperatura termodinámica Kelvin, las cuales se basan en la segunda ley de la termodinámica. Existe una relación entre las temperaturas expresadas en Kelvin y Celsius, a saber:

T, K \u003d 273.15 + t ° C

Es importante notar que el parámetro del estado es la temperatura absoluta, expresada en Kelvin, pero el grado de la escala absoluta es numéricamente igual al grado de Celsius, es decir.

dT \u003d dt.

La humedad del aire se caracteriza por la masa de vapor de agua que contiene. La masa de vapor de agua en gramos por 1 kg de parte seca de aire húmedo se llama contenido de humedad del aire d, g / kg.

La cantidad re es igual a:

dónde: segundo - presión barométrica igual a la suma de las presiones parciales del aire seco.
P r.v. y vapor de agua P n ;
P n - presión parcial de vapor de agua en aire húmedo insaturado.

La cantidad φ igual a la relación de la presión parcial de vapor de agua en aire húmedo insaturado P p. a la presión parcial de vapor de agua en aire húmedo saturado P n.p. a la misma temperatura y presión barométrica, es decir

A una humedad relativa del 100%, el aire está completamente saturado de vapor de agua, y se llama aire húmedo saturado , y el vapor de agua contenido en este aire está en estado saturado.

Si φ < 100%, entonces el aire contiene vapor de agua en un estado sobrecalentado y se llama aire húmedo insaturado .

La presión del vapor de agua saturado depende solo de la temperatura. Su valor se determina experimentalmente y se da en tablas especiales. Hay una serie de fórmulas que se aproximan a la dependencia Pn.p. en Pensilvania o en mm. rt. S t... de la temperatura en t ° C.

Por ejemplo, para la región de temperaturas positivas de 0 ° C y por encima de la presión del vapor de agua saturado en Pa, aproximadamente expresada por la dependencia:

P n.p. \u003d 479 + (11,52 + 1,62 t) 2, Pa

Usando el concepto de humedad relativa φ , el contenido de humedad del aire se puede definir como

Para los procesos de ventilación, el rango de temperatura es un valor constante y es igual a

De s.v. \u003d 1,005 kJ / (kg × ° C).

En los procesos de ventilación típicos en el rango de temperatura, este valor puede considerarse constante e igual

C n \u003d 1,8 kJ / (kg × ° C).

J s.v. \u003d C s.v. × t,

dónde: t - temperatura del aire, en ° C.

Entalpía de aire seco J s.v. a t \u003d 0 ° C tomar igual a 0.

para agua en t \u003d 0 ° C es igual a 2500 kJ / kg.

en el aire a cualquier temperatura t, es

J p \u003d 2500 + 1,8 t.

consiste en la entalpía de su parte seca y la entalpía del vapor de agua.

Entalpía J aire húmedo, referido 1 kilogramo parte seca del aire húmedo, en kJ / kg, a una temperatura arbitraria t y contenido de humedad arbitrario re, es igual a:

dónde: 1,005 – C s.v. capacidad calorífica del aire seco, _kJ / (kg × ° С);
2500 – r calor específico de vaporización, kJ / (kg × ° С);
1,8 – C p capacidad calorífica del vapor de agua, kJ / (kg × ° С).

Si el aire se transfiere calidez obvia, se calienta, es decir su temperatura sube. Cuando se calienta el aire húmedo, la entalpía cambia como resultado de cambios en la temperatura de la parte seca del aire y del vapor de agua. Cuando el vapor de agua con la misma temperatura ingresa al aire de fuentes externas (humidificación de vapor isotérmico), se transfiere calor latente vaporización. En este caso, la entalpía del aire húmedo también aumenta, porque la entalpía del vapor de agua se suma a la entalpía de la parte seca del aire. Al mismo tiempo, la temperatura del aire casi no cambia, razón por la cual se introdujo este término: calor latente.

En general, la entalpía del aire húmedo consiste en calor sensible y latente, razón por la cual la entalpía a veces se denomina calor total.

Para cálculos adicionales de sistemas de ventilación y aire acondicionado, necesitamos los siguientes parámetros básicos de aire húmedo:

• temperatura estaño , ° C ;
• contenido de humedad d en , g / kg ;
• humedad relativa φ en , % ;
• contenido de calor J en , kJ / kg ;
• concentración de impurezas nocivas DESDE , mg / m 3 ;
• velocidad de viaje V en , m / seg.

El aire atmosférico siempre contiene una u otra cantidad de humedad en forma de vapor de agua. Esta mezcla de aire seco y vapor de agua se llama aire húmedo. Además del vapor de agua, el aire húmedo puede contener pequeñas gotas de agua (en forma de niebla) o cristales de hielo (nieve, niebla helada). El vapor de agua en el aire húmedo puede estar saturado o sobrecalentado. Una mezcla de aire seco y vapor de agua saturado se llama saturado aire húmedo. Una mezcla de aire seco y vapor de agua sobrecalentado se llama insaturado aire húmedo. A presiones bajas (cercanas a la atmosférica), con una precisión suficiente para cálculos técnicos, tanto el aire seco como el vapor de agua pueden considerarse gases ideales. Al calcular procesos con aire húmedo, generalmente se considera 1 kg de aire seco. La cantidad variable es la cantidad de vapor que contiene la mezcla. Por tanto, todas las cantidades específicas que caracterizan al aire húmedo se refieren a 1 kg de aire seco (y no a una mezcla).

Las propiedades termodinámicas del aire húmedo se caracterizan por los siguientes parámetros de estado: temperatura del termómetro seco t c; contenido de humedad d, entalpía I, humedad relativa φ. Además, se utilizan otros parámetros en los cálculos: temperatura del termómetro húmedo t m, temperatura del punto de rocío t p, densidad del aire ρ, humedad absoluta e, presión parcial de vapor de agua p p.

Temperatura -cantidad termodinámica que determina el grado de calentamiento corporal. Actualmente, se utilizan varias escalas de temperatura: Celsius (t, ºС), Kelvin (T, K), Fahrenheit (f, ºF), etc. Las relaciones entre las lecturas en estas escalas están determinadas por las siguientes ecuaciones:

T К \u003d t ºС +273,

t ºС \u003d 5/9 (f ºF - 32),

f ºF \u003d 9/5 t ºС +32.

Presión aire atmosférico p b (Pa) es igual a la suma de las presiones parciales de aire seco p s.v y vapor de agua p p (ley de Dalton):

p b \u003d p s.v + p p. (1)

La presión parcial de vapor de agua en el aire atmosférico está determinada por la fórmula:

p p \u003d φ p n, (2)

donde φ es la humedad relativa del aire,%; ð n es la presión de saturación, determinada a partir de las tablas de vapor de agua saturado a la temperatura correspondiente, Pa.

Densidad el aire atmosférico es igual a la suma de las densidades de aire seco y vapor de agua:

ρ \u003d ρ r.v + ρ elemento (3)

Aplicando la ecuación de estado de un gas ideal:, obtenemos:

(4)

donde R c.v \u003d 287 J / (kg K) - constante de gas específica del aire seco;

R p \u003d 463 J / (kg · K) - constante de gas específica del vapor de agua.

A presión atmosférica p b \u003d 101,325 kPa, la densidad del aire seco es:

. (5)

En t \u003d 0 ºС y p b \u003d 101.325 kPa, la densidad del aire seco ρ d.w \u003d 1.293 kg / m 3.

La densidad del aire atmosférico es:

. (6)

La ecuación (6) muestra que el aire atmosférico (húmedo) es más liviano que el aire seco a las mismas temperaturas y presiones, y un aumento en el contenido de vapor de agua en el aire disminuye su densidad. Dado que la diferencia en los valores de ρ d.v. y ρ es insignificante, en los cálculos prácticos tomamos ρ ≈ ρ r.v.

Humedad.Distinga entre humedad absoluta, contenido de humedad y humedad relativa.

Humedad absoluta e es la masa de vapor de agua (kg) contenida en 1 m 3 de aire húmedo. La humedad absoluta se puede expresar como la densidad del vapor en la mezcla a su presión parcial y temperatura de la mezcla y se determina mediante la fórmula:

. (7)

La humedad absoluta máxima posible corresponde al estado de saturación y se llama capacidad de humedad.

Usando la ecuación de estado para un gas ideal, obtenemos:

Humedad relativa φ es igual a la relación entre la humedad absoluta del aire ρ p y la máxima humedad absoluta posible ρ n (capacidad de humedad) a una temperatura determinada. Muestra el grado de saturación del aire con vapor de agua en relación con el estado de saturación completa. Para gases ideales, la relación de densidad se puede reemplazar por la relación de las presiones parciales de los componentes.

La humedad relativa está determinada por la fórmula:

. (10)

Para φ< 100% воздух ненасыщенный, при φ = 100% воздух полностью насыщен водяными парами, и его называют насыщенным.

Saturación de aire Ψ es la relación entre el contenido de humedad del aire saturado y el aire insaturado y está determinada por la fórmula:

. (11)

Capacidad caloríficaaire húmedo generalmente se refiere a (1 + d) kg de aire húmedo y está determinado por la fórmula:

s en \u003d s s.v + d s n, (12)

donde c d.w y c p - calor específico a presión constante, respectivamente, de aire seco y vapor de agua, kJ / (kg K).

Para el rango de temperatura de menos 50 ° C a 50 ° C, las capacidades caloríficas específicas del aire seco y del vapor pueden considerarse constantes: con d.w \u003d 1.006 kJ / (kg K), con n \u003d 1.86 kJ / (kg K).

Entalpía El aire húmedo se define como la entalpía de una mezcla de gases, que consta de 1 kg de aire seco y d kg de vapor de agua, y se determina mediante la fórmula:

Yo \u003d yo s.v + d yo p (13)

donde i s.v - entalpía específica del aire seco, kJ / kg; i p - entalpía específica del vapor de agua contenido en aire húmedo, kJ / kg.

Las entalpías del aire seco y del vapor de agua están determinadas por las fórmulas:

yo r.v \u003d con r.v t \u003d 1.006 t, (14)

yo n \u003d r + con n · t. (15)

donde r es el calor latente de vaporización a la presión parcial del vapor de agua en la mezcla, kJ / kg.

El calor latente de vaporización r para valores t H de 0 ° C a 100 ° C se puede expresar mediante la fórmula:

r \u003d 2500 - 2,3 toneladas n.

Al calcular las entalpías de mezclas, siempre es muy importante tener el mismo punto de referencia para las entalpías de cada componente. Como punto de partida, tomaremos la entalpía en t \u003d 0 ºС yd \u003d 0. Para el aire atmosférico, la entalpía determina la cantidad de calor que se debe suministrar al aire, cuya parte seca tiene una masa de 1 kg para cambiar su estado del inicial (I \u003d 0 kJ / kg ) antes de esto. La entalpía puede ser positiva o negativa.

La sustitución de las relaciones obtenidas en la fórmula (13) lo lleva a la forma:

Temperatura del punto de rocío t p Es la temperatura del aire a la que es necesario enfriar el aire húmedo insaturado para que se sature el vapor sobrecalentado que contiene. Con un enfriamiento adicional del aire húmedo (por debajo de la temperatura del punto de rocío), el vapor de agua se condensa.

Temperatura del bulbo húmedo... Para medir la humedad, a menudo se usa un instrumento llamado psicrómetro. Consta de dos termómetros: seco y húmedo. Un termómetro húmedo se diferencia en que el elemento sensor está envuelto en un paño empapado en agua. Un termómetro seco muestra la temperatura del aire húmedo, sus lecturas se llaman temperatura de bulbo secot s. Un termómetro húmedo muestra la temperatura del agua contenida en un paño húmedo. Cuando se sopla aire sobre un termómetro húmedo, el agua se evapora de la superficie de un paño húmedo. Dado que el calor de vaporización se gasta en la evaporación de la humedad, la temperatura de un paño húmedo disminuirá, por lo tanto, dicho termómetro siempre muestra una temperatura más baja que un termómetro seco. Cuando hay una diferencia de temperatura entre el aire y el agua, se produce un flujo de calor del aire al agua. Cuando el calor recibido por el agua del aire se vuelve igual al calor gastado en la evaporación, el aumento de la temperatura del agua se detiene. Esta temperatura de equilibrio se llama temperatura del bulbo húmedot m . Si el agua entra en un cierto volumen de aire a una temperatura t m, entonces debido a la evaporación de parte de esta agua, después de un tiempo el aire se satura. Este proceso de saturación se llama adiabático. En estas condiciones, todo el calor suministrado desde el aire al agua se consume solo para la evaporación y luego regresa nuevamente con vapor al aire.

Diagrama i-d de aire húmedo

El diagrama de aire húmedo da una representación gráfica de la relación entre los parámetros del aire húmedo y es el principal para determinar los parámetros de la condición del aire y calcular los procesos de tratamiento de calor y humedad.

En el diagrama I-d (Fig. 2), la abscisa muestra el contenido de humedad d g / kg de aire seco y la ordenada muestra la entalpía I del aire húmedo. El diagrama muestra líneas rectas verticales de contenido de humedad constante (d \u003d const). Se toma como punto de referencia el punto O, en el que t \u003d 0 ° C, d \u003d 0 g / kg y, por tanto, I \u003d 0 kJ / kg. Al construir el diagrama, se utilizó un sistema de coordenadas oblicuas para aumentar el área de aire insaturado. El ángulo entre la dirección de los ejes es de 135 ° o 150 °. Para facilitar su uso, se dibuja un eje de contenido de humedad convencional en un ángulo de 90º con respecto al eje de entalpía. El gráfico está trazado para presión barométrica constante. Utilizan diagramas I-d construidos para la presión atmosférica p b \u003d 99,3 kPa (745 mm Hg) y la presión atmosférica p b \u003d 101,3 kPa (760 mm Hg).

Las isotermas (t c \u003d constante) y las curvas de humedad relativa (φ \u003d constante) se representan en el diagrama. La ecuación (16) muestra que las isotermas en el diagrama I-d son líneas rectas. Todo el campo del diagrama se divide en dos partes por la línea φ \u003d 100%. Por encima de esta línea hay un área de aire insaturado. La línea φ \u003d 100% contiene los parámetros de aire saturado. Debajo de esta línea se encuentran los parámetros del estado del aire saturado que contiene gotas de humedad en suspensión (niebla).

Por conveniencia del trabajo, se traza una dependencia en la parte inferior del diagrama, se traza una línea de presión parcial del vapor de agua p p sobre el contenido de humedad d. La escala de presión se encuentra en el lado derecho del diagrama. Cada punto del diagrama I-d corresponde a un cierto estado de aire húmedo.

Determinación de parámetros de aire húmedo según diagrama I-d.El método de determinación de parámetros se muestra en la Fig. 2. La posición del punto A está determinada por dos parámetros, por ejemplo, temperatura t A y humedad relativa φ A. Determinamos gráficamente: temperatura de un bulbo seco t c, contenido de humedad d A, entalpía I A. La temperatura del punto de rocío t p se define como la temperatura del punto de intersección de la línea d A \u003d constante con una línea φ \u003d 100% (punto P). Los parámetros del aire en un estado de saturación completa con humedad se determinan en la intersección de la isoterma t A con la línea φ \u003d 100% (punto H).

El proceso de humidificación del aire sin suministro y eliminación de calor se llevará a cabo con entalpía constante I A \u003d const ( proceso A-M). En la intersección de la línea I A \u003d const con la línea φ \u003d 100% (punto M), encontramos la temperatura del termómetro húmedo t m (la línea de entalpía constante prácticamente coincide con la isoterma
t m \u003d constante). En aire húmedo insaturado, la temperatura de bulbo húmedo es menor que la temperatura de bulbo seco.

Encontramos la presión parcial del vapor de agua p P dibujando una línea d A \u003d constante desde el punto A hasta la intersección con la línea de presión parcial.

La diferencia de temperatura t c - t m \u003d Δt ps se llama psicrométrica, y la diferencia de temperatura t c - t p es higrométrica.

Aire húmedollamada mezcla de aire seco con vapor de agua. De hecho, el aire atmosférico siempre contiene una cierta cantidad de vapor de agua, es decir, esta mojado.

El vapor de agua contenido en el aire suele estar enrarecido y obedece a las leyes de un gas ideal, lo que permite aplicar estas leyes al aire húmedo.

El estado del vapor en el aire. (sobrecalentado o saturado) está determinada por el valor de su presión parcial pags, que depende de la presión total del aire húmedo pags y presión parcial de aire seco pags:

Aire saturado– aire con un contenido máximo de vapor de agua a una temperatura determinada.

Humedad absoluta del aire ¿Está contenida la masa de vapor de agua?

en 1 metroaire húmedo (densidad de vapor) a su presión parcial y temperatura de aire húmedo:

Humedad relativa - la relación entre la humedad absoluta real del aire y la humedad absoluta del aire saturado a la misma temperatura:

A temperatura constante, la presión del aire cambia en proporción a su densidad (ley de Boyle-Mariotte), por lo tanto, la humedad relativa del aire también se puede determinar mediante la ecuación:

dónde pags- presión de saturación del aire a una temperatura determinada;

pags- presión parcial de vapor a una temperatura determinada:

Para aire seco \u003d 0, para aire saturado \u003d 100%.

punto de rocío - temperatura ta la que la presión de vapor pagsse vuelve igual a la presión de saturación pags... Cuando el aire se enfría por debajo del punto de rocío, el vapor de agua se condensa.

aire (11.5)

Utilizando la ecuación de estado de un gas ideal para los componentes del aire húmedo (vapor y aire seco), dependencias (11.2), (11.3) y (11.5), así como las masas moleculares de aire (\u003d 28.97) y vapor (\u003d 18.016), se obtiene la fórmula de cálculo :

aire (11.6)

Para el caso en el que el aire húmedo está a presión atmosférica: p \u003d B.

Capacidad calorífica del aire húmedo a presión constante se define como la suma de las capacidades caloríficas 1 kg aire seco y re, kg vapor de agua:

(11.7)

En los cálculos, puede tomar:

Entalpía del aire húmedo a una temperatura t se define como la suma de las entalpías 1 kg aire seco y re, kg vapor de agua:

aquí r - calor latente de vaporización, igual a ~ 2500 kJ / kg... Así, la dependencia calculada para determinar el valor de la entalpía del aire húmedo toma la forma:

(11.9)

Nota: magnitud yo se refiere a 1 kg aire seco o para (1+ re) kgaire húmedo.

En cálculos técnicos, para determinar los parámetros del aire húmedo, se suele utilizar Carné de identidad diagrama de aire húmedo, propuesto en 1918 por el profesor L.K. Ramzin.

EN Carné de identidad el diagrama (ver Fig. 11.2) conecta gráficamente los principales parámetros que determinan el estado térmico y de humedad del aire: temperatura t, humedad relativa, contenido de humedad re, entalpía yo, presión de vapor parcial PAGScontenida en la mezcla vapor-aire. Conociendo dos parámetros cualesquiera, se puede encontrar el resto en la intersección del correspondiente

líneas Carné de identidad- diagramas.

2. Diagrama de la configuración del laboratorio (instrumento )

Humedad relativa El aire en el trabajo de laboratorio se determina con un psicrómetro del tipo: "Higrómetro psicrométrico VIT-1".

El psicrómetro (figura 11.1) consta de dos termómetros idénticos:

"Seco" - 1 y "húmedo" - 2. El humedecimiento de la bola 2 del termómetro se lleva a cabo utilizando una mecha de batista 3, introducida en un recipiente 4 con agua.

2 1

3 t

4ty la humedad del aire φ para este dispositivo se estableció experimentalmente. Sobre la base de los resultados de los experimentos, se compiló una tabla psicrométrica especial (pasaporte), colocada en el panel frontal del psicrómetro de laboratorio.

La tasa de flujo de aire alrededor de la mecha de batista afecta significativamente la tasa de evaporación, lo que introduce un error en las lecturas de un psicrómetro convencional. Este error se tiene en cuenta en los cálculos mediante la introducción de correcciones de acuerdo con el pasaporte del instrumento.

Nota:el psicrómetro está libre de la desventaja considerada agostoen el que ambos termómetros (seco y húmedo) son soplados a velocidad constante por el flujo de aire generado por un ventilador con motor de resorte.